Руководство по моделям программы для ЭВМ «Модуль для расчета тепло- и гидродинамики в двухфазной среде. Версия 5.0» (CONV-3D/TwoPhase/5.0)

Программа для ЭВМ «Модуль для расчета тепло- и гидродинамики в двухфазной среде. Версия 5.0» предназначена для расчета тепло- и гидродинамики в двухфазной среде трехкомпонентной смеси с учетом межфазного тепло- и массообмена и уравнений состояния типа сгущенного газа или уравнения состояния Noble-Able для слабо сжимаемой смеси. В двухфазном модуле содержатся модели для моделирования двухфазных процессов в двух- и трехкомпонентной смеси. Каждая модель реализована со своим солвером. Первая модель для моделирования двухфазных процессов в трехкомпонентной смеси реализована с солвером HLL3. Под компонентами могут пониматься вода и водяной пар в свинцовом теплоносителе, натрий и пары натрия с газом (при этом между двумя из трех компонентами смеси учитывается тепломассообмен в виде испарения или конденсации). Модель базируется на системе уравнений Эйлера. Подход проверен на нескольких тестах: задача о водяном кране, задача Сода, задача о сепарации, задача о кавитации и во всех случаях получено хорошее совпадение результатов численных предсказаний как с аналитикой, так и с бенчмарками зарубежных авторов. Проанализированы достоинства и недоставки модели, в частности, отмечено, что модель на стационаре не всегда держит контактный разрыв, т.е. не удается корректно смоделировать задачу сепарации, так же модель не учитывает межфазное трение. Для устранения недостатка первой модели был предложен подход, включающий модель для моделирования двухфазных процессов в двухкомпонентной смеси и численный метод её решения HLLC. Вторая модель, базирующаяся на уравнениях Эйлера, и использующая более точный в сравнении с первой моделью вычислительный солвер для учета контактных разрывов, позволяющих удерживать их бесконечно долго, позволяет моделировать двухфазные процессы в двухкомпонентной смеси. Под компонентами понимается: вода+пар либо вода+газ, либо аргон + водяной пар. Данный подход позволяет моделировать задачу сепарации и учитывает межфазное трение. Подход проверен на нескольких доступных из литературы тестах: стационарный разрыв; перенос разрывного профиля объемной доли и плотностей; расчет волновой эволюции разрывных профилей объемной доли, давлений скорости и плотности газа; задача Сода в двухкомпонентной среде и задача о водяном кране; задача о расслоении двухфазного потока; учет силы трения при относительном движении жидкости и газа, в том числе под действием гравитационного поля. Получено хорошее совпадение результатов численных предсказаний с бенчмарками зарубежных авторов. К настоящему моменту, модель реализована для моделирования двухкомпонентных смесей, но может быть в дальнейшем обобщена на случай трех компонент.